[发明专利]基于石墨烯的LED外延生长方法

摘要

本申请公开了一种基于石墨烯的LED外延生长方法，依次包括：将蓝宝石衬底置于PECVD反应腔内依次生长：第一石墨烯薄膜层和第二石墨烯薄膜层，取出后，置于MOCVD反应腔内依次生长：掺杂Si的N型GaN层、周期性生长MQW有源层、P型AlGaN层、掺杂Mg的P型GaN层，降温冷却。本发明通过将蓝宝石衬底置于PECVD反应腔内，采用两步沉积生长均匀的石墨烯薄膜作为缓冲层，解决晶格失配诱发的缺陷引起的异质外延生长难题，提高外延晶体质量，提升LED的光电性能。

主权项

1.一种基于石墨烯的LED外延生长方法，依次包括：采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD，在反应腔温度800℃‑950℃、反应腔压力850mtorr‑1000mtorr及射频功率为50W‑80W的基础上，通入流量为1000sccm‑1500sccm的H₂、600sccm‑900sccm的CH₄和1000sccm‑1200sccm的Ar，在蓝宝石衬底上生长20nm‑30nm的第一石墨烯薄膜层；保持反应腔温度800℃‑950℃、反应腔压力850mtorr‑1000mtorr及射频功率50W‑80W不变，通入H₂、CH₄和1000sccm‑1200sccm的Ar，生长20nm‑30nm的第二石墨烯薄膜层；其中，H₂流量由1000sccm‑1500sccm渐变减少至800sccm‑950sccm，CH₄流量由600sccm‑900sccm渐变增加至950sccm‑1100sccm；将沉积有两层石墨烯薄膜的蓝宝石从PECVD反应腔取出，采用有机金属化学气相沉积法MOCVD，置于反应腔中，在沉积有石墨烯薄膜的蓝宝石上生长掺杂Si的N型GaN层：保持反应腔压力150mbar‑300mbar，保持温度1000℃‑1100℃，通入流量为40L/min‑60L/min的NH₃、200sccm‑300sccm的TMGa、50L/min‑90L/min的H₂及20sccm‑50sccm的SiH₄，持续生长2μm‑4μm掺杂Si的N型GaN，其中，Si掺杂浓度5E18atoms/cm³‑1E19atoms/cm³；在掺杂Si的N型GaN层上周期性生长MQW有源层：保持反应腔压力300mbar‑400mbar、保持温度700℃‑750℃，通入流量为40L/min‑60L/min的NH₃、10sccm‑50sccm的TMGa、1000sccm‑2000sccm的TMIn及50L/min‑90L/min的N₂，生长掺杂In的3nm‑4nm的In_xGa_(1‑x)N层，其中，x＝0.15‑0.25，In掺杂浓度为1E20 atoms/cm³‑3E20 atoms/cm³；升高温度至800℃‑850℃，保持反应腔压力300mbar‑400mbar，通入流量为40L/min‑60L/min的NH₃、10sccm‑50sccm的TMGa及50L/min‑90L/min的N₂，生长10nm‑15nm的GaN层；重复交替生长In_xGa_(1‑x)N层和GaN层，形成MQW有源层，其中，In_xGa_(1‑x)N层和GaN层的交替生长周期数为10‑15个；生长P型AlGaN层：保持反应腔压力200mbar‑400mbar、温度850℃‑950℃，通入流量为40L/min‑60L/min的NH₃、50sccm‑100sccm的TMGa及50L/min‑90L/min的N₂，持续生长50nm‑100nm的P型AlGaN层，其中，Al掺杂浓度1E20atoms/cm³‑3E20atoms/cm³，Mg掺杂浓度5E18atoms/cm³‑1E19atoms/cm³；生长掺杂Mg的P型GaN层：保持反应腔压力200mbar‑600mbar、温度950℃‑1000℃，通入流量为40L/min‑60L/min的NH₃、50sccm‑100sccm的TMGa及50L/min‑90L/min的N₂，持续生长100nm‑300nm的掺Mg的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19atoms/cm³‑1E20atoms/cm³；降温至700℃‑800℃，通入流量为100L/min‑150L/min的N₂，保温20min‑30min，关闭加热系统、随炉冷却。